【车载导航的相关技术概述4400字】

车载导航的相关技术概述目录TOC\o"1-3"\h\u18699车载导航的相关技术概述 1160321.1中国北斗卫星导航系统 1315791.2全球定位系统(GPS) 22981.1.1GPS车载导航相关研究 4159781.3GPS在车辆定位导航系统中的应用 5211371.3.1GPS车辆定位导航系统的设计原理 5155121.3.2GPS车辆定位导航系统的应用实例 61.1中国北斗卫星导航系统为了加强地质监控，交通运输和渔业生产，我国独立自主开发了一套卫星导航系统，取名叫北斗，隐喻北斗七星的意思.是相对GPS，GLONASS之后比较成熟的导航系统.该系统目前只能在亚洲地区为用户提供全天候的道路引导，短信通报，高精度定位等服务.并且定位精度小于15m,授时精度低于80ns.我国早在2012年12月份就已经正式对外公布了北斗导航系统标准的空间信号接口文件.并且同时北斗系统正式对亚洲地区提供导航服务.此系统分为地面应用终端，地面监控管理中心，空间卫星端三部分组成.空间卫星端目前具有五颗工作卫星，地面监控管理中心主要由地面主控中心、卫星信号注入站和卫星监测站组成，地面应用终端则以北斗卫星接收芯片为核心的终端定位设备，并且此设备一般与GPS卫星接收器兼容.北斗系统目前主要提供两种服务方式.一种是开放式服务，另一种授权式服务.开放式服务目前是免费提供，可以用来定位采集，移动测速以及授时服务.其定位精度低于8米，测速精度达到0.3m/s,授时精度达到9ns.授权式服务是为特定用户提供服务的，这些用户需要更高精度更安全可靠的导航要求，并且还要提供快速授时和卫星通信服务.北斗在定位精度上是不输于GPS和格洛纳斯.并且还在某些方面优秀于GPS和格洛纳斯.图2-1直观的表达了北斗系统的工作方式.图2-1北斗导航的系统流程图1.2全球定位系统(GPS)全球定位系统(GlobalPositioningSystem)简称GPS，是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统.而美国最初设计GPS系统主要是为了满足军事上的需求，只是后来发现民用市场需求旺盛，所以就放开权服务于民用市场.GPS系统从1973年就开始研发设计，目前该系统主要有三部分组成，三部分的名称和功能如表2-1，三者的关系如图2-1所示.表2-1卫星导航图名称描述空间卫星载体发射到空中的卫星载体，主要负责不间断的发生卫星信号陆地监控中心负责对空间卫星进行控制和交互的地面管控中心终端信号接收机用户终端用来接收卫星信号并进行计算定位的设备图2-1GPS系统组成关系图由于该定位系统具有服务全天候、范围覆盖全球、采用高精度三维定时定速、快速省时高效等优点，于是后来慢慢发展到其他领域，特别适用于导航产品的需求.近年来，自驾出行、途步旅游探险的民众越来越多，便携式的GPS导航设备小巧实用，可以为旅程的方便快捷、安全愉快提供有力的保障.据有关专家预测，我国只专用于汽车的导航产品产值将达到50亿元人民币，可见GPS产品市场前景非常乐观.目前在我国，GPS广泛应用于铁路、海运、空运领域，随着GPS的技术成熟度越来越高，它也慢慢向公路运输领域发展，在公交车、长途客运、出租车等行业被采用.运用GPS定位技术和导航技术，可以很好解决交通拥堵的问题，并能在一定程度上保障车辆及人身安全.在系统开发上，各大公司也不断进行开发完善，为用户提供更好的使用体验.1.1.1GPS车载导航相关研究GPS导航最优算法诞生于二十世纪中后期，由西方发达国家的专家学者最早进行研究的.经过长期的研究，西方学者提出了半确定性的路径匹配算法.后来国外学者提出了点到点、点到曲线及曲线到曲线的GPS导航最优算法，这几类算法均属于几何层面的GPS导航最优算法，此外还对这些算法进行了改进.自此，国内外的学者们开始了大量的、深入的有关GPS导航最优算法的学术研究.国外学者早期对GPS导航最优算法进行了大量的研究，其中比较具有代表性的是WhiteC.E.等学者对GPS导航最优算法中如何搜索匹配路径、怎样结合统计学推断车辆最可能的行驶路径等相关问题进行了大量的研究工作，并在研究曲线到曲线的GPS导航最优算法的基础上，考虑将车辆行驶的方向及道路网的拓扑结构信息与这类几何匹配算法结合起来，提出了一个有效的GPS导航最优算法，并通过实验来验证该GPS导航最优算法的有效性及性能[1].SinnKim提出了一种能确切找到匹配路段的GPS导航最优算法，此算法是以神经网络作为理论基础的.该算法的基本思想是将车辆的行驶方向和车辆与候选匹配道路的最短距离作为参考因素来选取最佳匹配道路，虽然这类算法能有效地提高匹配精度，但是它需要人为地选择这两个参考因素参数，导致算法具有一定的局限性[2].Greenfeld提出了一种基于权重的GPS导航最优算法，该算法以电子地图中道路网的拓扑信息为基础，为多个匹配因子分配权重系数，并进行权重拟合计算，选取权重最大的候选匹配路段作为车辆的行驶路段[3].这类算法计算简单，但在道路网比较复杂的情况下，可能会出现匹配错误的问题.由于传统的车辆信息采集技术有一定的局限性，导致采集的车辆行驶相关信息存在一定的不确定性和随机性，GPS导航最优算法的研究处于瓶颈.随后日本学者提出一种基于模式识别的GPS导航最优算法，该算法不同于以往的匹配算法.由于国内对车辆导航系统的研究晚于国外，但国内学者对车辆导航系统中的GPS导航最优算法的研究并没有因为起步晚而落后于国外的学者们，研究成果也可谓是硕果累累.国内学者对基于D-S证据理论的GPS导航最优算法进行了大量的研究.比较具有代表性的是胡林、谷正气、杨易等基于对现有基于证据理论算法的研究提出的基于权值D-S证据理论的车辆导航GPS导航最优[4]，该算法是以矩阵为基础，计算各个证据的可信度作为匹配的权值，利用融合算法处理证据中的冲突信息，再结合电子地图中的道路网拓扑信息，并将车辆经韩度、航向等信息作为依据进行车辆导航系统的GPS导航最优.随后他们又提出了基于改进D-S证据理论的车辆导航GPS导航最优算法，此算法中推出了组合推理思想和概率决策理论，便于路网比较复杂的道路进行有效快速的匹配[5].国内对基于权重的GPS导航最优算法的研究成果也不胜枚举，北京交通大学电气工程学院的李洋、张晓东、鲍远律等提出了多权值概率实时GPS导航最优算法[6],该算法是对Greenfeld提出的基于权重的匹配算法的改进，在不同的道路匹配阶段采用不同的权值匹配模型，并以概率理论和内积理论作为基础，构建不同的权重函数，并根据当前行驶道路来选取权值系数，最后计算总权重，选取权重最大的作为最优匹配路段.国内对基于拓扑结构的GPS导航最优算法也做了大量的研究，并提出了各种改进的基于拓扑结构的匹配算法，比较具有代表性的是南京航空航天大学的杨新勇，黄胜国等提出的基于拓扑结构/自适应模糊决策的GPS导航最优算法[7]，东南大学的张小国，王庆，万德钧等提出的基于路网拓扑特性及先验知识的GPS导航最优算法[8]，北京理工大学的丁露，陈家斌，张丽华等提出的拓扑结构/模糊逻辑的车载导航系统GPS导航最优算法等[9].这些算法都是将基于拓扑结构的GPS导航最优算法与其它GPS导航最优算法进行有效的融合，以提高算法的匹配精度.1.3GPS在车辆定位导航系统中的应用1.3.1GPS车辆定位导航系统的设计原理（1）车辆定位技术车辆定位技术是车辆定位导航系统的基础，系统中所有的功能都要以精准的车辆定位作为前提条件.一个智能交通系统具备多大的实用价值，很大一方面是取决于车辆定位的实时性和准确性的.鉴于车辆定位技术的特殊性和重要性，它一直是车辆定位导航系统中重要的研究课题.伴随着GPS技术的民用化，GPS全球定位系统逐渐从专为美国军方服务的航天工程转变成了一个全球性的工具.因为GPS的实时性非常好，精度也足够高，所以在车辆定位技术中，GPS是很适合的一个选择，它可以满足ITS中车辆导航必须的精度要求.基于GPS的定位技术研究正受到国内外很多企业和部门的高度重视，这方面的技术成熟度也越来越高.（2）GPS车辆定位系统的硬件设计车载GPS的设计要求很高，需要同时满足小体积、高精度、高可靠性、高抗扰度的要求，通常采用嵌入式硬件系统的架构来进行设计.系统的硬件核心是嵌入式计算机，也可以说是嵌入式微机处理器.PC的体系结构非常的成熟和普遍，与其兼容的硬件、软件和外设都很丰富且成本低廉.所以应用PC架构来进行开发，可以降低开发难度和成本，缩短开发周期，也可以减少系统维护和技术支持的工作.（3）电子导航地图电子导航地图是任何一个导航系统中必不可少的重要组成部分，它提供了导航系统的用户界面，将接收到的导航定位信号和车辆行驶范围的地图相结合，实时对车辆的运动进行指导，帮助用户直观而简便地使用导航系统.而且电子导航地图是作为外设一般的存在，属于导航系统的扩展，由相应的软件组成，不需要硬件方面的支持.电子导航地图可以方便地实现很多功能，最大程度发挥出了车辆导航系统的实用性，具有方便、快捷、准确的优点.（4）地图匹配技术地图匹配技术是GPS定位技术和电子导航地图相结合的一种技术.任何定位技术都具有一定的局限性，随着车辆行驶过程中的距离不断增加，积累误差会使车辆位置出现偏差，地图匹配技术就是为了解决积累误差而发展起来的.地图匹配技术的核心是纠错技术，它的目的是确定车辆在电子导航地图上的位置.地图匹配技术通过GPS测量到车辆的位置信息，再从电子导航地图的数据库中获取相关信息进行匹配计算，得到偏差信息后进行实时修正，保证车辆在电子导航地图上的位置是准确的.地图匹配算法的效果将直接决定了车辆定位和导航的精度，也是决定导航产品性能的重要技术.GPS定位、电子导航地图和地图匹配技术有机结合后的导航技术，是目前最为理想的导航方式.1.3.2GPS车辆定位导航系统的应用实例（1）私家车的应用GPS车辆定位导航系统在私家车上的应用是最为普遍而且显而易见的，车主可以通过导航系统，在一个完全陌生的环境下找到正确的行驶路线.而且现在软件功能丰富，在电子地图上，车主还能找到停车场、加油站、旅馆等信息，在外出旅游度假时，系统所具备的娱乐功能还能给用户提供所需的其他服务.（2）运输车辆的调度及管理工程运输项目中，合理的调度安排是提升车队效率的关键.配置了GPS车辆定位导航系统的车队可以动态地调整车辆的行驶路线，按照最佳的路线完成运输任务，从而节省了时间和能源.另一方面，交通中心也可以实时的跟踪到车辆的当前位置，根据具体的运输任务进行针对性安排，减少车辆的空运率，大大的提高了车辆运营效率.车载导航系统还可以将运输路线进行存储，便于后期管理部分利用数据进行线路优化开发.（3）救护车的应用车载导航系统在医疗领域发挥的作用是具有重大意义的，众所周知，抢救病人的关键因素就是要在最短的时间内到达现场.以120救护车为例，病人家属拨打救护专线需要花费时间，车辆赶赴现场也需要一定时间，医生寻找现场也需要时间.如果救护车在出发前就精确知道病人位置，再利用车载导航系统规划